发电站
概述
发电站（發電所，power plant）是将燃料的化学能、原子核能、水的位能、风能、太阳能等自然能源转换为电能并供应给电力系统的大型产业设施。它是现代社会电力基础设施的核心节点，发电站的种类和构成直接关系到国家的能源安全、碳排放和电价。近年来，在脱碳化和电力需求激增的双重压力下，重新设计发电结构（Mix）已成为主要政策课题。
主要内容
发电的基本原理
大多数发电站通过旋转涡轮机带动发电机来发电。这利用了法拉第电磁感应定律，旋转的磁体（转子）在线圈（定子）中产生感应电动势。火电、核电、水电、风电虽然介质不同，但都共享“涡轮机+发电机”的骨架。相反，光伏发电利用半导体的光电效应将光直接转化为电，燃料电池则利用氢和氧的电化学反应，在结构上有所区别。
火力发电站
燃烧煤炭、LNG、重油、生物质等，在锅炉中产生高温高压蒸汽，将其供应给蒸汽轮机驱动发电机。通常效率为40~45%，而利用燃气轮机排气余热再次驱动蒸汽轮机的联合循环发电（CCGT）可将效率提升至60%以上。必须配备去除排放气体中氮氧化物、硫氧化物和粉尘的脱硝、脱硫、电除尘设备，结合二氧化碳捕集（CCUS）设施的案例也在增加。建设周期短、出力控制灵活，一直承担系统的中间负荷，但由于碳排放问题，煤电处于缩减趋势。
核电站
利用铀核裂变产生的热量生产蒸汽，是运行中几乎不排放二氧化碳的代表性无碳电源。压水堆（PWR）和沸水堆（BWR）是商用主力，安全停堆、冷却系统的多重防御设计是核心要求。燃料费占比低，设备利用率超过90%，适合基荷，但建设费用高、建设周期长，且高放放射性废物的最终处置问题依然存在。近年来，将出力降至300MWe以下的小型模块化反应堆（SMR）作为降低投资和选址负担的替代方案正在崛起。
水电站
利用水的落差驱动水轮机，分为坝式、引水式、抽水蓄能式。出力提升和停机非常迅速，有利于系统频率调整和备用容量保障。特别是抽水蓄能发电，利用剩余电力将水抽到高处，在需要时放水发电，起到大型储能设施的作用，随着可再生能源比重增大，其价值正在被重新评估。
可再生能源发电站
包括光伏、陆上和海上风电、生物质能、地热、潮汐能、波浪能等。优点是没有燃料费且发电过程碳排放少，但存在出力随日照量、风速变化的间歇性这一结构性局限。因此需要结合出力预测、储能装置（ESS）、备用电源保障和灵活性资源扩充。
并网与输配电
发电站生产的电力经过升压变压器、输电线和变电站输送到负荷中心。电力难以大量储存，供需必须实时匹配，为此发电计划、频率调整、备用容量保障由运营机构管理。发电站选址综合考虑燃料供应、冷却水获取、输电线路建设、环境影响评价、当地居民接受度等因素决定。经济性通常以建设费和运营费合计的平准化发电成本（LCOE）进行比较。
最新动态
2024~2025年最大的趋势是“脱碳化”和“电力需求激增”同时推进。第一，AI数据中心和电气化（电动汽车、热泵、工业电气化）使电力需求时隔数十年再次转为增长，发电设备和输电网投资重新受到关注。第二，煤电逐步削减、LNG转换、可再生能源扩大并行推进，为应对间歇性，ESS、抽水蓄能、虚拟电厂（VPP）、需求响应（DR）等灵活性资源正在被纳入制度体系。第三，SMR进入各国监管机构的许可和建设阶段，作为数据中心专用电源的商业合同讨论正式展开。第四，氢、氨混烧发电示范正在推进，探索现有火电设施的低碳转型路径。第五，数字孪生、基于AI的发电量预测、预测性维护（PdM）等运行维护数字化正在扩散，设备利用率和安全性同时得到改善。在韩国，以电力供需基本计划为中心，核电利用与可再生能源扩大的平衡、电网接入排队问题的解决、分布式能源激活成为主要议题。
相关主题
- [[电力系统]]
- [[核能发电]]
- [[可再生能源]]
- [[储能装置]]
- [[碳中和]]